蒲楊

（貴州烏江能源集團有限責任公司 貴州 貴陽 550081）

目前，我國居民的用電需求日益增加，要應對這一壓力，就要有效提高新能源發(fā)電時的利用效率。在利用新能源進行發(fā)電的過程中，儲能技術(shù)是其中一個重要的部分。儲能技術(shù)的合理應用有利于保證整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定使用，提高電能質(zhì)量，保證電力需求，同時促進新能源電力系統(tǒng)的有效發(fā)展。

1 儲能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的應用價值

目前，我國在新能源開發(fā)與應用方面，使用較多的是自然能源，利用設備進行能源轉(zhuǎn)化，使自然界的能源可以保證電力系統(tǒng)有效運轉(zhuǎn)。在環(huán)境方面，這樣的方式較傳統(tǒng)的發(fā)電方式更為清潔，但缺點在于新能源的發(fā)電方式較為依賴環(huán)境的影響。例如：在利用太陽能進行發(fā)電時，會受到天氣及晝夜的制約，使得整個發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性難以保障；在利用風力進行發(fā)電時，會受到風力的制約，整個電網(wǎng)中風電裝機較小時，受到的影響小一些，但在風電裝機較大的情況下，環(huán)境影響格外明顯，發(fā)電量的波動較大，電網(wǎng)的運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，甚至可能影響居民的用電水平。而儲能技術(shù)則是通過儲電或儲熱等不同的方式，將多余的能量暫時存儲起來，并在發(fā)電受到制約時進行釋放與應用，可以有效降低新能源發(fā)電過程中不穩(wěn)定因素的影響，有效提高發(fā)電質(zhì)量。此外，儲能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)的應用還可以有效促使依據(jù)居民需求進行發(fā)電與供應，在居民供電上更加靈活與環(huán)保。

2 新能源電力系統(tǒng)中常用儲能技術(shù)介紹

2.1 電化學儲能技術(shù)

電化學儲能技術(shù)在目前的新能源電力系統(tǒng)中較為廣泛，可以有效實現(xiàn)電力系統(tǒng)在運行過程中的儲能需要［1］。電化學儲能技術(shù)利用電池進行反應，使得電能和化學能之間相互轉(zhuǎn)化，有效滿足電力系統(tǒng)的儲能與發(fā)電需求，提高新能源發(fā)電系統(tǒng)的應用效率，促使電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在利用電化學進行儲能的過程中，電池的選擇至關(guān)重要，不同種類的電池往往會產(chǎn)生不同的效果，因此，在實際工作中，需要根據(jù)不同的需求進行電池的選擇。目前較為流行的電池有3 種，分別為鉛酸電池、液流電池和鋰電池。鉛酸電池密封性較好，較為安全，便于維護，也是目前技術(shù)最為成熟的電池，但使用壽命較短，循環(huán)次數(shù)少，且容易造成污染；液流電池設計較為靈活，使用壽命長，安全性較，高操作也簡單方便，但缺陷在于占地面積較大，成本較高；鋰電池在使用時有較高的轉(zhuǎn)化效率，循環(huán)性能較好，使用壽命長，缺點在于成本較高，且有一定的安全隱患。因此，在具體的應用中，要依據(jù)電力系統(tǒng)的需要，結(jié)合各電池的特點，合理進行選擇。

2.2 物理儲能技術(shù)

物理儲能技術(shù)是目前常見的新能源電力系統(tǒng)儲能手段，主要分為抽水儲能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能3種方式。其中，抽水儲能方式在3種方式中應用較為廣泛。

抽水儲能技術(shù)是利用水的勢能進行儲能，在建造時，需要在水流的上、下游建立2 個水庫，或者利用其他的方式使水流形成高度差，在需要發(fā)電時，利用水下落的能量進行發(fā)電，在發(fā)電量充裕時，利用電力及抽水設備將水從下游運到上游，從而實現(xiàn)勢能和電能的相互轉(zhuǎn)化。這項技術(shù)在我國已經(jīng)較為成熟，原料獲取方便。但缺點在于對于地理環(huán)境的要求較高，能量損耗較大，且建設時的資金和時間成本較高。

壓縮空氣儲能是利用空氣的壓縮與膨脹實現(xiàn)電能的存儲與發(fā)電循環(huán)，這一技術(shù)方式需要的投資較少，不需要較高的維護費用，使用時較為靈活，沒有太大的污染。但對地形與地質(zhì)的要求較高，且效率較低。

飛輪儲能技術(shù)是利用飛輪的高速與減速旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)能量的存儲與利用。儲能時，將電能轉(zhuǎn)化為機械能；發(fā)電時，將機械能轉(zhuǎn)化為電能。在應用過程中，由于飛輪儲能技術(shù)在真空的環(huán)境下進行，所以，損耗極小，壽命較長，沒有污染，充放電的速度快，應用范圍廣泛。但在安全方面需要付出較高的費用。

2.3 電磁儲能技術(shù)

電磁儲能技術(shù)主要包括超導電磁儲能和超級電容儲能等方式。（1）在使用超導電磁儲能技術(shù)時，是利用超導體電阻為零的特點，使超導線圈產(chǎn)生強力的磁場，直接將電磁能進行存儲，在有需要時送回［2］。這種儲能方式結(jié)構(gòu)簡單，使用過程中損耗較小，使用壽命長，響應速度快。但由于超導磁儲能系統(tǒng)需要的超導材料價格昂貴，難以進行大規(guī)模的推廣。（2）超級電容器儲能技術(shù)分為雙電層型超級電容器、贗電容型超級電容器和混合型超級電容器，其中，雙電層型超級電容器在目前的市場上應用較為廣泛。超級電容器儲能技術(shù)使用壽命長，能量密度高，適用的溫度條件較為廣泛，安全可靠，在目前有較為廣泛的用途。

2.4 相變儲能技術(shù)

相變儲能技術(shù)的原理是利用相變材料對于熱量進行吸收和釋放，進而達到能量的存儲與釋放的效果［3］，主要分為電儲熱技術(shù)、熔融鹽儲熱技術(shù)和冰蓄冷技術(shù)。（1）電儲熱技術(shù)按照介質(zhì)的使用不同，分為水儲熱技術(shù)和金屬儲熱技術(shù)。水儲熱技術(shù)以水為介質(zhì)，取材容易，成本較低。金屬儲熱技術(shù)以金屬為介質(zhì)，具備導熱系數(shù)高等優(yōu)點。（2）熔融鹽儲熱技術(shù)成本價低，適用范圍廣，但利用率低。（3）冰蓄冷技術(shù)可以有效提高制冷效率，滿足制冷設備需要。

3 儲能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的應用方法

3.1 光熱發(fā)電系統(tǒng)

光熱發(fā)電是目前太陽能發(fā)電系統(tǒng)的一大方面。太陽能是目前最常使用的新型能源，其強大的可再生能力為發(fā)電提供了良好的保障。這種發(fā)電系統(tǒng)會將來自太陽的能量轉(zhuǎn)化為熱能，然后結(jié)合傳統(tǒng)的發(fā)電工藝，通過制冷或供熱的控制，使熱能做功，最后轉(zhuǎn)化為電能。目前的光熱發(fā)電系統(tǒng)有槽式系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)。由于光熱發(fā)電中有將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能的步驟，所以，在進行能量存儲時，可以廣泛采用相變儲能技術(shù)和其他儲電技術(shù)。不同形式發(fā)電系統(tǒng)可以采用不同蓄熱儲能媒介，例如：塔式光熱發(fā)電站可以采用熔鹽蓄熱儲能載體，美國110MW新月形沙丘塔式光熱電站就采用該儲能方案；槽式光熱電站可以導熱油為蓄熱儲能載體，美國280MW的Solana槽式光熱電站就是良好應用實例。從理論上來說，通過光熱發(fā)電過程中的儲能技術(shù)進行控制，在有限發(fā)電條件下，將多余的能量儲存，在沒有發(fā)電能力時，利用儲存的能量輸送電力，可以達到不間斷供電的效果。另外，儲能設備在光熱發(fā)電系統(tǒng)電力調(diào)峰、穩(wěn)定電網(wǎng)方面具有一定的優(yōu)勢［4］。

3.2 風能發(fā)電系統(tǒng)

風能是目前最普遍也最典型的新型能源，在能量的儲備資源上來說，風能儲備極其的豐富。風力發(fā)電主要是利用風力帶動葉片的轉(zhuǎn)動，驅(qū)使發(fā)電機進行發(fā)電，將風能轉(zhuǎn)化為機械能再轉(zhuǎn)化為電能。目前，利用風能進行發(fā)電已經(jīng)有了較為廣泛的應用。在利用風力進行發(fā)電時，儲能裝置也是重要的一部分，儲能裝置可以有效穩(wěn)定發(fā)電廠的發(fā)電效果，提升發(fā)電質(zhì)量。在用電高峰期，發(fā)電廠可以利用儲能裝置進行調(diào)峰，滿足居民的用電需求；儲能裝備還可以安置在電源側(cè)，電網(wǎng)電力的輸送與調(diào)節(jié)可以更加靈活可靠、經(jīng)濟有效，滿足用戶多樣化需求。

風電場功率波動是目前影響風電質(zhì)量的原因之一。風速本身并不穩(wěn)定，而這樣產(chǎn)生的電能的功率也就有很大的不確定性，如果波動較大，則會對電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)產(chǎn)生不利影響［5］。而要平息或抑制風電廠的功率波動，可以安裝儲能設備，利用儲能設備在功率過大時進行儲能，在功率不足時進行放電，有效提高風力發(fā)電的穩(wěn)定性。同時，為了進一步提高風電功率的穩(wěn)定程度，還可以考慮在風機上安裝蓄電池。

此外，風電場閃變是風力發(fā)電質(zhì)量不佳的主要原因之一。一般情況下，風速的快速變動、塔影效應、偏航誤差、風剪切等因素都有可能造成風電場的閃變，單臺風機發(fā)生該情況尚且不會造成較大的影響，但數(shù)量上增加就有可能對風力發(fā)電的質(zhì)量有較大的影響。而要減小風電場閃變的影響，解決這個問題，可以考慮在風力發(fā)電設施中安裝儲能裝置。由于對于調(diào)節(jié)能力的要求較高，在實際應用中，一般以電磁儲能技術(shù)為主要應用方案，由于超導電磁儲能技術(shù)材料較為高昂，故超級電容儲能技術(shù)較為廣泛使用。通過儲能裝置的調(diào)控作用，可以有效遏制風力環(huán)境影響對發(fā)電質(zhì)量的影響，提升發(fā)電質(zhì)量。

在新能源綜合應用方面，“風光水火儲一體化”項目在我國多地進行規(guī)劃與建設。由于“風光水火儲一體化”存在多種表現(xiàn)形式，在使用時，可依據(jù)我國不同地區(qū)的不同資源特點進行靈活調(diào)節(jié)。在我國風資源、光資源與水資源較好的地區(qū)，普遍采用“風光水儲一體化”模式，使水、光、風能源互補穩(wěn)定電力，目前，在我國西南較適合應用?！帮L光儲一體化”在應用方面較為廣泛，不需要考慮水資源及火電站等要求，而風光互補與儲能技術(shù)結(jié)合也讓該項目有更廣闊的應用空間與體驗。在風光火儲方面，由于火電限制，很難大規(guī)模實施，但有一定火電項目基礎的地區(qū)會為該項目發(fā)展提供良好前期基礎［6］。

另外，風光儲氫技術(shù)也是近年來清潔能源電力應用的重要方面。在這一領域，國外起步較早并有良好應用。這項技術(shù)是利用風電或光電將水電解，再將產(chǎn)生的氫氣儲存與發(fā)電應用，使產(chǎn)生電力更平穩(wěn)。在制氫裝置中，存在3 種不同方式：堿性電解水制氫；高溫固體氧化物電解水制氫；固體聚合物電解水制氫。其中，堿性電解水制氫制備工藝簡單，造作容易，但在成本和能耗方面較高；高溫固體氧化物電解水制氫由于在高溫中進行，能耗較低，整個系統(tǒng)及制氫效率較高；而固體聚合物電解水制氫獲得氫氣純度較高，效率好，無污染且更安全，逐漸應用廣泛。此外，風電儲氫技術(shù)中多余的熱量可用于供暖，多出來的氫氣也可投入到天然氣中，方便居民使用。我國目前已經(jīng)啟動風光儲氫示范項目，鼓勵與推動該項目發(fā)展，促進清潔能源發(fā)電過程中儲能技術(shù)應用。

3.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)同樣是利用太陽能進行發(fā)電，但與光熱發(fā)電系統(tǒng)不同，該發(fā)電系統(tǒng)在進行運轉(zhuǎn)過程中不需要進行熱能轉(zhuǎn)化，而是與太陽能電池的原理相類似，直接在光子的影響下使電子移動，產(chǎn)生電勢差，完成電能轉(zhuǎn)化。與光熱發(fā)電裝置不同的是，這樣的發(fā)電方式產(chǎn)生的電為直流電，并且，由于該種發(fā)電方式?jīng)]有其他能量的參與，因此，在選擇儲能設備時，選擇面比較小。在具體應用中，主要采用蓄電池儲能、超級電容器儲能、飛輪儲能和超導電磁儲能4種方式。光伏發(fā)電有效抑制光照和環(huán)境溫度波動而導致光伏發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸出電力的波動，在電能穩(wěn)定方面起到重要作用，也可作為斷電保護裝置對電子設備進行保護。另外，儲能技術(shù)可以有效增加太陽能消納能力。由于我國光伏發(fā)電系統(tǒng)普遍集中在地廣人稀的西北地帶，電能需要遠小于其他地區(qū)，導致棄光效應顯著，將儲能技術(shù)應用在電力系統(tǒng)中，可以在發(fā)電側(cè)進行有效應用，提高能源利用率。

3.4 電動汽車入網(wǎng)

目前，電動汽車入網(wǎng)技術(shù)在我國并沒有廣泛的研究與應用。電動汽車入網(wǎng)技術(shù)的核心思想在于電動汽車與電網(wǎng)之間的互動，將電動汽車作為儲能設備，電動汽車作為儲備能源能夠成為電網(wǎng)和可再生能源的緩沖，使其起到調(diào)和的作用。當電網(wǎng)的電量需求較高、負載過大時，有電動汽車向電網(wǎng)輸送電力，當電力需求較小且有過剩的發(fā)電量時，由電動汽車進行充電活動，避免電量浪費。這樣通過合理調(diào)度，可有效利用電動汽車充、放電對電網(wǎng)進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。國外某研究團隊對該項方式進行了實驗，結(jié)果表明，電動汽車入網(wǎng)技術(shù)對于電網(wǎng)確實有調(diào)節(jié)作用，但由于電動汽車不能進行統(tǒng)一的調(diào)動，其充電時間和地點具有較強的隨機性，因此，調(diào)控效果無法得到有效保障，另外，大量電動汽車的介入對于電網(wǎng)的穩(wěn)定性與安全性造成了沖擊，目前沒有較好的解決方案。但該項研究依然有其進步的意義，在能夠解決電動汽車充電時間、地點上的控制、合理的電網(wǎng)調(diào)度、高品質(zhì)電動汽車電池等方面的問題后，將電動汽車入網(wǎng)，可以有效抵消新能源電力系統(tǒng)的不確定性，促進電網(wǎng)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

3.5 其他不同的供電場所

目前，在電力系統(tǒng)的工作中，往往會有不同供電場所，其需求也各不相同，因此，其儲能系統(tǒng)的應用也應根據(jù)供電場所的不同進行調(diào)整。在電力調(diào)頻調(diào)壓系統(tǒng)方面，由于局部電壓在短時間內(nèi)的大幅波動，因此，在儲能設備的選用時，要注意短時間內(nèi)電能調(diào)節(jié)的功率范圍，可以采用超級電容儲能技術(shù)或者其他電池進行儲能。在針對新能源發(fā)電時選用的儲能技術(shù)，要依據(jù)其間歇性、波動性特點進行選擇，在發(fā)電和用電的高峰、低谷時盡力控制其穩(wěn)定性。在針對企業(yè)、工廠等商用電力系統(tǒng)選擇儲能設備時，需要按照可以穩(wěn)定電網(wǎng)并能保證短時間內(nèi)的應急供電的實際要求來進行選擇。除此之外，一些儲能設備是可以進行混合使用的，將不同的儲能設備有效結(jié)合，可以使電能的質(zhì)量有效提高，實現(xiàn)不間斷供電的目標。

4 結(jié)語

目前來看，新能源在電力上的應用受到影響的因素較多，具有不穩(wěn)定的特征。為保證新能源電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行，需要依據(jù)不同使用條件與需求，在眾多儲能技術(shù)中科學選擇和應用，為人們提供穩(wěn)定的電力環(huán)境。同時，也應繼續(xù)加強對新型儲能技術(shù)的研究與探索，真正實現(xiàn)對電力輸出與使用的穩(wěn)定調(diào)控。